WEB TABANLI OTOMASYON SİSTEMİ TASARIMI VE YAPIMI DESIGN AND APPLICATION OF A WEB BASED AUTOMATION SYSTEM

Transkript

1 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 09), Mayıs 2009, Karabük, Türkiye WEB TABANLI OTOMASYON SİSTEMİ TASARIMI VE YAPIMI DESIGN AND APPLICATION OF A WEB BASED AUTOMATION SYSTEM Fatih KAHRAMAN a ve Ali Fuat BOZ b* a Alibeyköy Endüstri Meslek Lisesi, İstanbul, Türkiye, E-posta: fatihkahraman118@hotmail.com b Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, E-posta: afboz@sakarya.edu.tr Özet Bu çalışma, hızla gelişen internet teknolojisinin uzaktan kontrol, veri toplama ve izleme sistemleri için kullanılmasını hedeflemiştir. Bu sistemlerin web tabanlı denetimi ve izlenmesi birçok alanda önemli avantajlar sağlamaktadır. Amaca yönelik olarak bir sıcaklık kontrol sistemi tasarlanmıştır. Sıcaklık bilgisi bir algılayıcıdan okunarak, web arayüzünde gösterilmektedir. Ortam sıcaklığı, ısı kontrol elemanlarının kontrolü ile ayarlanmaktadır. Sisteme bir de adım motor kontrolü ilave edilmiştir. Adım motor istenen yönde belirli miktarlarda hareket ettirilmektedir. Tasarlanan web arayüzünde, ortamın canlı görüntüsü bir web kamerası kullanılarak yayınlanmaktadır. Böylece cihazların ve sistemlerin uzaktan denetimi ve izlenmesi gerçekleştirilmiştir. Anahtar kelimeler: Web tabanlı kontrol, sıcaklık kontrol, motor kontrol Abstract This study aims to use fast growing internet technology for remote control, data collecting and monitoring systems. Controlling and monitoring of these systems by using Web, provides many advantages in different areas. As aimed in this work, a temperature control system has been designed. Temperature data, which are obtained from the temperature sensor, are shown on a Web interface. Ambient temperature can be controlled using the temperature control components. Besides this, a step motor control unit has been added to the system. The step motor can be turned through in every direction in a specific amount of step. Live image of the environment can also be seen on the Web interface using a Webcam. Thus, remote controlling and monitoring of the equipments and systems have been achieved using the Web. Key Words: Web based automation, temperature control, motor control 1. Giriş Yaşadığımız teknoloji çağında, hızlı gelişim gösteren teknolojilerin başında internet teknolojisi gelir. Günlük hayattaki birçok işlem internet tabanlı olarak yapılmaktadır. Bunun yanında internet, uzak sistemlerle ilgili veri toplama, izleme ve denetim gibi işlevleri gerçekleştirmek için de yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Bu işlevler, web tabanlı olarak gerçekleştirilebilen robot kontrolleri, akıllı ev ve bina sistemleri, uzaktan erişimli laboratuarlar, güvenlik sistemleri gibi alanlarda önem kazanır. Bu uygulama alanlarında ülkemizde ve dünyada birçok çalışma gerçekleştirilmiştir. Zhejiang üniversitesinde, elektrik mühendisliği eğitimi için tasarlanan internet tabanlı laboratuar ile öğrencilerin uzaktan gerçek deneysel çalışmalar yapması amaçlanmıştır[1]. İnternet tabanlı laboratuarda elektrikelektronik, otomatik kontrol, güç elektroniği ve motor kontrolü ile ilgili deneyler yapabilme imkânı sağlanmıştır. Bu çalışmanın klasik laboratuarlara iyi bir alternatif olduğu ve maliyeti düşürdüğü ileri sürülmüştür. Web tabanlı kontrol uygulamalarının önemli bir bölümü robot kontrolleri üzerinedir[2-4]. Bu çalışmalarda eğitim amaçlı robot kontrollerinin yanında endüstriyel robot kontrolleri de gerçekleştirilmiştir. Doğru akım motorlarının kontrollerinin internet üzerinden gerçekleştirilmesi amacıyla yapılan çalışmalarda, DA motorların hız kontrolleri temel kontrol metotları kullanılarak gerçekleştirilmiştir[5,6]. Bir web sayfası üzerinden motorun kontrolünü gerçekleştiren parametreler değiştirilerek eğitim amaçlı deneysel çalışmalara da olanak sağlanmıştır. Bir diğer önemli uygulama alanı akıllı ev ve bina sistemlerinin web tabanlı olarak denetimidir. Ev otomasyonu olarak da ifade edilen bu sistemlerde, günlük hayatı kolaylaştıran kontroller ile mekânların sürekli izlenmesi ve güvenliğinin sağlanmasının uzak erişimle mümkün kılınması amaçlanmıştır [7,8]. Gerçekleştirilen çalışmalarda da görüldüğü üzere sistemlerin internet tabanlı kontrolü ve izlenmesi önemli avantajlar sağlamıştır. Bunun yanında internet çok farklı sistemlere adapte edilmiştir. Bu çalışmasının en önemli amacı, iki farklı sistem olan sıcaklık kontrolü ile motor kontrolünün bir arada, internet tabanlı olarak denetiminin yapılmasıdır. Endüstriyel otomasyon sistemlerinde sıcaklık önemli bir değişkendir. Motorlar ise otomasyon ve robotiğin temel elemanlarındandır. Bu sebeplerle, bu iki kontrol sisteminin internet tabanlı olarak gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. 2. Web Tabanlı Otomasyon Sistemi 2.1. Sistem Tanımı Kontrol sistemleri, teknolojinin gelişimi ile özellikle endüstriyel alanlarda önem kazanmıştır. Bir kontrol sistemindeki sürecin işleyişinin, sistem tarafından kendi kendini yönetir biçimde otomatikleşmesi ile endüstriyel otomasyon ve kontrol kavramları ön plana çıkmıştır. Bu sistemlerde bilgisayar önemli bir kontrol elemanıdır. Bu nedenle sistemlerin çoğu bilgisayar ve yerel ağ tabanlıdır. Web tabanlı kontrol tanımı, bir bilgisayar tabanlı kontrol sisteminde gerçekleştirilebilen denetimlerin, sistemin IATS 09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye

2 internet erişimine açılması ile bir web sayfası üzerinden gerçekleştirilmesini ifade eder. Böyle bir sistemde veriler, Şekil 1 de görüldüğü üzere internet aracılığı ile sunucu ve istemci cihazlar arasında karşılıklı olarak gönderilir. Şekil 1. Web tabanlı kontrol prensip şeması 2.2. Sistem Yapısı Bu çalışmada tasarlanan web tabanlı kontrol sisteminde, bir sıcaklık algılayıcı vasıtası ile sıcaklık değeri ölçülerek seri port üzerinden sunucu bilgisayara gönderilmiştir. Sunucu bilgisayar ise internet aracılığıyla sıcaklık bilgisini web sayfasına iletmiştir. Yalnızca sıcaklık ölçülmemiş, aynı zamanda, web sayfası üzerinden sıcaklığın kontrolü de gerçekleştirilmiştir. Bunun yanında bir de adım motor kontrolü sisteme ilave edilmiştir. Sıcaklık ve adım motor kontrolü sunucu bilgisayar üzerinden paralel port kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu sistemin yapısı Şekil 2. de gösterilmiştir. Şekil 3. Web tabanlı görüntü aktarımı bilgisayara aktarılmıştır. Sıcaklık kontrolü için aç-kapa kontrol yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem için kullanılan devre yapısı Şekil 4 ve Şekil 5 de gösterilmiştir. Şekil 4.Isıtıcı kontrol devresi Şekil 2. Web tabanlı kontrol sistemi yapısı Sıcaklık kontrolü, geri besleme döngüsüne sahip bir kontrol sistemi için önemli bir örnek oluşturur. Adım motor ise kullanım kolaylığı ve kullanım alanının genişliği nedeni ile tercih edilmiştir. Tasarlanan sistemde, son olarak bir web kamera üzerinden web sayfasında ortam görüntüsünün canlı yayını gerçekleştirilmiştir. Web kamera biriminin yapısı Şekil 3 de görülmektedir Sistem Donanımı Gerçekleştirilen sistem iki ana donanım yapısına sahiptir. Bunlar sıcaklık ölçme devresi ile sıcaklık ve motor kontrol birimleri olarak ifade edilir. Sıcaklık ölçme devresi için LM35 analog sıcaklık sensörü tercih edilmiştir. Sensörün ürettiği sıcaklık verisi PIC16F877 mikrodenetleyici entegresi ile okunmuş ve seri port üzerinden sunucu Şekil 5. Fan kontrol devresi Adım motor kontrol devresinde ise dört adet NPN transistor kullanılmıştır. Adım motor tam adım modunda çalıştırıldığından, transistörler sırayla sürülerek adım motor sargılarına uygulanacak enerji sağlanır ve motor döndürülür. Motor sürücü devresi Şekil 6 da gösterilmiştir 3. Sistem İçin Yazılım Geliştirme Bu çalışmada, temel olarak üç farklı yazılım geliştirilmiştir. Bunun dışında görüntü aktarımı için Windows media kodlayıcısı kullanılmıştır. Kodlayıcı yazılım, görüntü verilerini bir media sunucusu üzerinden web sayfasına

3 aktarmak için gereklidir. Geliştirilen yazılımlardan ilki olan mikrodenetleyici yazılımı, C dili kullanılarak yazılmıştır. Bu programda öncelikle algılayıcı çıkışındaki değer mikrodenetleyici analog girişine atanmıştır. Bu değer analog dijital çevirici işlemleri ile sayısal veriye çevrilmiştir. Daha sonra hesaplanan değere karşılık gelen sıcaklık değeri ºC olarak hesaplanmıştır. Son olarak da sıcaklık bilgisi seri haberleşme komutları ile bilgisayara gönderilmiştir. Mikrodenetleyici yazılımı dışında sunucu bilgisayar yazılımı ve web arayüz yazılımı olarak ayrıca iki yazılım tasarımı gerçekleştirilmiştir Sunucu Bilgisayar Yazılımı Şekil 6. Adım motor sürücü devresi Sunucu bilgisayarda kullanılan yazılım, Visual Basic programlama dili ile gerçekleştirilmiştir. Sunucu bilgisayar, sistem donanımının kontrolünü gerçekleştirirken, aynı zamanda web ara yüz ile donanımın iletişimini sağlar. Yazılım çalıştırıldığında Şekil 7 de gösterilen pencere karşımıza gelir. Sunucu bilgisayar üzerinden yapılacak kontroller için pc kontrol düğmesi tıklanır. Sıcaklık ölçülerek program penceresi üzerinde gösterilir. Kontrol seç açılır liste kutusundan, otomatik sıcaklık kontrolü, manuel sıcaklık kontrolü ve motor kontrolünden biri seçilir. Seçilen her bir kontrol için program penceresi üzerinde bir menü bulunur. Fan ve ısıtıcı cihaz durumları da ayrıca gösterilir. Kontrollerin nereden yapılacağı sunucu program üzerindeki ana kontrol ile belirlenir. Program algoritması hazırlanırken ana kontrol (Şekil 8) ile alt kontrollerin seçim bloğu (Şekil 9) ayrı olarak ifade edilir. Ana kontrol seçimi yapıldıktan sonra gerçekleştirilen algoritmalar kontrol verilerinin alındığı alanlar dışında aynıdır. Şekil 7. Sunucu bilgisayar yazılımı Şekil 8. Sunucu yazılımı ana kontrol algoritması Alt seçimlerden sonra gerekli veriler web sayfası veya bilgisayar üzerinden sunucu programa aktarılır. Programın başında gerçekleştirilen ana kontrolden sonra yapılacak işlem seçilir. Bu işlemler adım motor kontrolü, sıcaklığın manuel kontrolü ve sıcaklığın istenilen değere bağlı olarak sistem tarafından ayarlandığı otomatik kontrol olmak üzere üç gruba ayrılır. Ana kontrolden sonra sıcaklık ölçümü sürekli olarak gerçekleştirilerek program penceresi üzerinde gösterilir. Alt kontrolleri gerçekleştiren program kodlarına ait akış diyagramları Şekil 10, Şekil 11 ve Şekil 12 de parçalar halinde gösterilmiştir. Şekil 9. Sunucu yazılımı alt kontrol algoritması

4 3.2. Web Arayüzü Şekil 12. Motor kontrol algoritması Şekil 10. Otomatik sıcaklık kontrolü algoritması Geliştirilen çalışmada asıl hedef, cihazların ve sistemlerin bir web sayfasından kontrolünün gerçekleştirilmesidir. Böyle bir web arayüzü tasarlanıp, kullanıcıların uzaktaki sunucu bilgisayara erişerek, geliştirilen donanımın kontrol edilmesi amaçlanmıştır. Bu kontrol için gerekli olan sadece internet erişimine sahip bir cihazdır. Bu cihazlar kullanılarak, internet tarayıcı bir program sayesinde sunucu bilgisayara erişilir ve sunucu bilgisayarın gerçekleştirdiği bütün işlemler, web sayfası üzerinden gerçekleştirilir. Arayüzün tasarımı için HTML, PHP ve Java Script kullanılmıştır. Verilen arayüzde manuel sıcaklık kontrolü için ısıt, soğut ve durdur butonları, otomatik sıcaklık kontrolü için istenen sıcaklık değeri girişi ve adım motor kontrolü için de yön kontrolü mevcuttur. Bu işlemler yapılmadan önce hangi kontrolün seçileceği belirlenir. Son olarak da ortam görüntüsü arayüze aktarılmıştır. Şekil 11. Manuel sıcaklık kontrolü algoritması Şekil 13. Web Arayüzü

5 4. Sonuçlar Bu çalışmada gerçekleştirilen web tabanlı otomasyon sistemi, bir internet sayfası aracılığı ile mekândan bağımsız olarak, cihazların veya sistemlerin denetimini sağlamıştır. Bunun yanında cihaz, sistem veya ortam ile ilgili verileri yine internet sayfasına aktararak, sürekli bir gözlem yapılmasına olanak sağlanmıştır. Çalışmanın ilk basamağında geri beslemeli kontrol sistemleri için güzel bir örnek teşkil eden sıcaklık kontrol uygulaması gerçekleştirilmiştir. Bu uygulama internet üzerinden cihaz kontrolleri, akıllı ev ve web tabanlı laboratuar uygulamaları için bir örnek oluşturmuştur. Uygulamada sıcaklık 0.5 C lik hassasiyetle ölçülmüş ve web sayfasında gösterilmiştir. Kullanıcı istediği her an bir web sayfası üzerinden uzaktaki bir ortamın sıcaklık bilgisine ulaşabilir. Bu uygulama, web tabanlı veri toplama ve saydam fabrika uygulamaları gibi kullanım alanlarına örnek oluşturur. Uygulama kapsamında bir de adım motor kontrolü gerçekleştirilmiştir. Hedef adım motor, sunucu bilgisayarda öngörülen tur sayısı kadar, istenilen yönde döndürülür. Gerçekleştirilen adım motor kontrolü, web tabanlı araç ve robot kontrolleri için temel bir örnek teşkil etmiştir. Son olarak bir web kameradan alınan ortam görüntüsü, web sayfasında canlı olarak gösterilmiştir. Canlı radyo-televizyon yayınları ile tanıtım amaçlı web yayın uygulamalarının yoğun olarak gerçekleştirildiği günümüzde, yapılan çalışma bu türdeki yayınlara iyi bir örnektir. Özellikle internet tabanlı güvenlik sistemlerinde mekânların sürekli olarak İzlenmesi ve görüntü kaydının yapılması gereklidir. Bunun dışında web tabanlı laboratuar uygulamalarında bazı kontrollerin gözlemlenmesi gereklidir. Web sayfasında canlı yayın yapılması, bu amaçlara örnek teşkil eden güncel bir uygulama olmuştur. Bu çalışmaya ek olarak sisteme, kontrol edilen ısı ve motor konum bilgisi gibi verilerin kaydedildiği bir özellik eklenebilir. Yine bu verileri ekranda grafik olarak gösterebilecek esneklikler eklenebilir. [6] Demirbaş, Ş., İnternet Tabanlı PI Kontrollü Bir Doğru Akım Motoru Deneyi Seti, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., Cilt. 22, No. 2,pp , 2007 [7] Alkar, A.Z., Buhur, U., An Internet Based Wireless Home Automation System for Multifunctional Devices, Consumer Electronics, IEEE Transactions on, Volume. 51, Issue. 4, 2005 [8] Erdem, O., A, Akcayol, M., A, Tuna, H., İnternet Tabanlı Uzaktan Güvenlik Sistemi Tasarımı ve Yapımı, e-journal of New World Sciences Academy, Vol.2, No.2, 2007 Kaynaklar [1] Shu, Z., Shan-an, Z., Qun, L., Zhi-wei, X., Shao-dong, Y., NETLAB-An Internet Based Laboratory for Electrical Engineering Education, Zhang et al. / J Zhejiang Univ SCI, 6A(5): , 2005 [2] Hazry, D., Sugisaka, M. and, Yuji, T., Human-Robot Interface over the Web Based Intelligent System, American Journal of Applied Sciences, Vol.3, No.1, pp , 2006 [3] Erdemir, G., Kuzucuoğlu, A.E., Web Tabanlı Robotik Eğitimi, First International Vocational and Technical Education Technologies Congress, Marmara Üniversitesi, İstanbul, Vol.2, pp , 5-7 Eylül, 2005 [4] Melek, A., İnternet Üzerinden Robot Kontrolü, Y.lisans, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2001 [5] Wong, H., Kapila, V., Internet-Based Remote Control of a Dc Motor Using an Embedded Ethernet Microcontroller, Proceedings of the 2004 American Society for Engineering Education Annual Conference & Exposition, American Society for Engineering Education, Haziran 2004.